Разработка системы оптимального управления энергоустойчивостью промышленного предприятия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Москаленко, Игорь Викторович

• Москаленко, Игорь Викторович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Москаленко, Игорь Викторович

Введение.

Глава 1. Особенности энергопотребления на предприятиях цветной металлургии.

1.1. Роль энергоресурсов в технологиях металлургического передела.

1.2. Методы снижения энергоемкости производства.

1.3. Информационная модель учета и мониторинга энергоресурсов на предприятии.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка системы оптимального управления энергоустойчивостью промышленного предприятия»

Актуальность проблемы. Энергоснабжение является важной составляющей технологического процесса любого промышленного предприятия. Последние годы, в связи со снижением качества энергообеспечения промышленных предприятий и постоянным ростом стоимости энергоресурсов, повышение надежности энергоснабжения становится одним из основных направлений работы менеджеров всех уровней. Переход экономики к рынку требует переоценки многих устоявшихся подходов к обозначенным проблемам. Необходимо с учетом особенностей экономического развития энергетической отрасли страны разработать новые решения, методы и средства повышения энергетической устойчивости промышленных предприятий.

Приоритетным направлением работы энергетических служб и подразделений промышленных предприятий должно стать эффективное управление энергопотреблением с использованием современных автоматизированных информационных систем, так как процесс принятия решения определяется своевременной и точной обработкой больших объемов информации. Особо большое значение эти процессы имеют для энергоемких промышленных производств, например, для производства цветных металлов с помощью электролиза.

Таким образом, решение задач, связанных с повышением эффективности использования энергоресурсов, надежности энергоснабжения и, как следствие, повышение энергоустойчивости выпускаемой продукции, является актуальной в условиях трансформации экономики.

Решению отдельных вопросов важных и актуальных проблем снижения энергоемкости продукции, а также повышения надежности энергоснабжения в промышленности, посвящены фундаментальные работы научных школ МЭИ (ТУ), МГГУ (МГИ), МГТУ, НГТУ, ЮРГТУ (НПИ), СамГТУ, СКГМИ (ГТУ) и ряда других научных и высших учебных заведений. Основополагающий вклад в решение вопросов, связанных с теоретическим обоснованием и практической реализацией методов управления энергоснабжением и энергопотреблением внесли такие известные ученые Арзамасцев Д. А., Арунянц Г. Г., Бобряков А. В., Бусленко

H. П., Вакулко А.Г., Варнавский Б. П., Васильев И. Е., Гительман JI. Д., Глушков В. М., Горбатов В. А., Железко Ю. С., Жилин Б. В., Клименко А. В., Хузмиев И. К, и др.

Своевременность и актуальность решаемых в настоящей работе проблем повышения эффективности управления энергоснабжением, использования энергоресурсов и энергосбережения на предприятиях цветной металлургии заключается в разработке алгоритмов управления энергоустойчивостью в соответствии с современными требованиями к производственно-энергетическим системам (ПЭС) предприятий.

Цель работы: создание высокоэффективной информационно-управляющей системы оптимального управления энергоустойчивостью промышленного предприятия на базе современных программно-технических средств и информационных технологий.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

I. Системный анализ особенностей и взаимосвязи внутрипроизводственных энергетических потоков.

2. Разработка и исследование математической модели функционирования производственно-энергетической системы предприятия.

3. Определение критерия оптимальности, характеризующего состояние энергетического хозяйства и энергетического менеджмента предприятия.

4. Постановка и формализация задачи принятия оптимального решения для снижения энергоемкости продукции и повышения энергоустойчивости предприятия.

5. Разработка алгоритмов и программных продуктов управления и обработки информации для анализа потребления энергоресурсов на предприятии.

Методы исследований. Решение поставленных задач базируется на применении комплекса методов, включающего системный анализ, математическое моделирование с использованием принципов построения экономико-математических моделей, математический анализ и исследование операций, теорию оптимального управления, теорию автоматического управления, совершенствования управления и принятия решений, экономический анализ и обработка информации.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований, результатами внедрения разработанной системы управления на ряде промышленных предприятий цветной металлургии.

На защиту выносится следующее:

1. Методика моделирования системы энергопотребления промышленного предприятия.

2. Алгоритм определения интегрального показателя энергетической устойчивости предприятия.

3. Методика моделирования динамики изменения интегрального показателя энергетической устойчивости предприятия.

4. Программный алгоритм управляющих действий при принятии решения по повышению энергоэффективности предприятия.

5. Структура информационной системы и архитектура программного обеспечения для анализа производственно-энергетической системы предприятия и принятия решения по повышению энергоустойчивости.

Научная новизна:

1. Разработана математическая модель энергопотребления промышленного предприятия, позволяющая оценить влияние изменения режимов энергопотребления на состояние технологических процессов, учитывающая группы показателей энергетических потоков в рамках подразделений производства.

2. Разработан интегральный показатель энергетической устойчивости предприятия, применение которого позволяет выявлять качественный уровень состояния системы энергетического менеджмента и сформировать оптимальную стратегию его деятельности. Даны методика и алгоритм его расчета.

3. Разработана модель динамики изменения интегрального показателя энергоустойчивости промышленного предприятия.

4. Предложен алгоритм определения оптимальной стратегии управления производственно-энергетической системой предприятия с целью минимизации энергозатрат.

5. Разработана структура средств информационного и программного обеспечения для решения поставленных задач функционирования автоматизированной системы оптимального управления энергоустойчивостью на предприятиях цветной металлургии.

Практическая значимость:

1. Разработана программа и методика проведения энергоаудита на предприятиях цветной металлургии.

2. Основные результаты работы использованы для разработки рекомендаций по снижению энергоемкости производства.

3. Разработан алгоритм управляющих действий для лиц принимающих решения по оптимизации работы энергохозяйства предприятия, внедренный на ОАО «Электроцинк».

4. Результаты работы используются в учебном процессе СКГМИ (ГТУ) при подготовке специалистов специальностей «Организация производства и экономика промышленности» и «Информационные системы в экономике».

Апробация и реализация работы. Основные положения исследования докладывались на ежегодных заседаниях Правления ОАО «Электроцинк», международной научно-практической конференции «Экономические и экологические проблемы регионов СНГ» (г. Астрахань), VII международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Энергия молодых - экономике России» (г. Томск), Всероссийской научно-практической конференции и выставки студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Екатеринбург), различных региональных совещаниях, научно-практических конференциях ассоциации «Энергоменеджмента» и вузов РСО-А, ежегодных НТК СКГТУ (2004-2006 г.г.).

Личный вклад автора. Основные научные положения, теоретические выводы и практические результаты были получены совместно с соавторами при долевом участии соискателя 75%.

Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 8 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников из 75 наименование, приложения и содержит 145 страницы основного машинописного текста, в т. ч. 43 рисунка и 9 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Москаленко, Игорь Викторович

4.4. Выводы

По результатам проведенных исследований были сделаны следующие основные выводы:

1. Энергосбережение является одним из направлений повышения энергоустойчивости промышленного предприятия. Экономия энергоресурсов должна осуществляться на всех этапах выработки, транспортировки и потребления.

2. Любую энергетическую систему с целью анализа можно условно разбить на три основных участка: участок производства (поступления) энергоресурса (котельная, трансформаторная подстанция и т. п.); участок транспортировки энергоресурса потребителю (трубопроводы тепловых сетей, фидера, газопроводы и т. д.); участок потребления энергоресурса (отапливаемый объект, трансформаторы, электродвигатели и т. д.).

Каждый из приведенных участков обладает характерными непроизводительными потерями, снижение которых и является основной функцией энергосбережения.

3. Массовое развитие вычислительной техники обусловило появление в это время огромного количества технологических новшеств, которые коренным образом изменили ситуацию в энергосбережении. Например, возможность точного моделирования технологических процессов на ЭВМ привела к появлению новых эффективных энергосберегающих технологий, а достижения электронной индустрии обеспечили возможность широкого применения средств учета энергоресурсов и высокоэкономичных регулирующих устройств.

4. Основной же проблемой, возникающей при решении задачи энергосбережения, является выявление наиболее крупных составляющих потерь и выбор оптимального технологического решения, позволяющего значительно повысить энергоэффективность и энергоустойчивость производства.

Заключение

По результатам проведенных в диссертационной работе исследований сделаны следующие выводы:

1. В результате исследования системных связей и закономерностей процесса управления энергопотреблением на промышленных предприятиях сформулированы принципы взаимодействия материальных и энергетических потоков.

2. Разработана математическая модель функционирования производственно-энергетической системы предприятия, позволяющая оценить влияние изменения режимов энергопотребления промышленного предприятия на состояние технологических процессов.

3. Предложен интегральный показатель энергетической устойчивости производственно-энергетической системы, характеризующий функциональное состояние энергетического хозяйства и энергетического менеджмента промышленного предприятия.

4. Поставлена и формализована задача оптимального решения для снижения энергоемкости продукции и повышения энергоустойчивости предприятия.

5. Разработан программный алгоритм управляющих действий при принятии решения по снижению энергоемкости продукции.

6. Разработаны алгоритмы и программный продукт по учету и планированию потребления энергоресурсов на промышленном предприятии.

7. Эффективность применения разработанных методик, алгоритмов и программного обеспечения подтверждена результатами внедрения на ОАО «Электроцинк» г. Владикавказ, что обеспечило снижение энергоемкости продукции на 15%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Москаленко, Игорь Викторович, 2006 год

1. Баймаков Ю. В. Электролиз в металлургии, т.1. - М: Металлургиздат, 1939.

2. Баймаков Ю. В., Журин А. И. Электролиз в гидрометаллургии. -М.: Металлургия, 1977. -336с.

3. Божич В. И., Скубилин М. Д., Спироидонов О. Б. Пути оптимизации потребления электроэнергии. М.: Строительные материалы, оборудование, технологии 21 века, №10, 2000.

4. Боротицкая Ф. И., Пресс Ю. С. Цветные металлы, №2, 1961.

5. Бронштейн Б. В., Минеев Р. В. Высшие гармоники токов и напряжений в рабочих режимах дуговых сталеплавильных печей. -Электротехника, 1980, №3.

6. Варнавский Б. П., Колесников А. И., Федоров М. Н. Энергоаудит промышленных и коммунальных предприятий, Ассоциация энергоменеджеров, М., 1999.

7. Воротницкий В. Э., Калинкина М. А. Расчет, нормирование и снижение потерь электроэнергии в электрических сетях. М.: ИУЭ ГУ У, ВИПКэнерго, ИПКгосслужбы, 2004.- 64 с.

8. Гальперин Е. В., Кононов Ю.Д. Влияние на экономику регионов изменения тарифов на электроэнергию, М., Энергетик, №6, 2001.

9. Гамм Б. 3., Третьякова А. И., Шаталов В. И. Оценка влияния снижения тарифов и цен во взаиморасчетах энергосистемы и энергопотребителей, М., Вестник ФЭК России №1, 1999.

10. Гитгарц Д. А., Мнухин Л. А. Симметрирующие устройства для однофазных электротермических установок. М.: Энергия, 1974, 120с.

11. Гительман Л. Д., Ратников Б. Е. Энергетические компании: Экономика. Менеджмент. Реформирование: В 2 т. Т. 1. Екатеринбург: Изд-во Урал, ун-та, 2001. 376 с.

12. Горчаков А. А., Орлова И. В., Половников В. А. Методы экономико-математического моделирования и прогнозирования в новых условиях хозяйствования. М.: ВЗФЭИ, 1991.

13. Данилин А. В., Захаров В. А. Принципы построения и работы АСКУЭ, М., Мир измерений, Госстандарт РФ, №1, 2001.

14. Данцис Я. Б., Жилов Г. М. Емкостная компенсация реактивных нагрузок мощных токоприемников промышленных предприятий. М. JL: Энергия, 1980.

15. Дискретное быстродействующее регулирование мощности батарей статических конденсаторов с помощью тиристорных выключателей/ JI. А. Жуков, И. И. Карташов, Ю. П. Рыжов и др.- Электричество, 1977, №7.

16. Дьяков А. Ф., Роль тарифной политики в реализации программы энергосбережения России, М., Энергетик, №2,2001.

17. Егоров В. А., АСКУЭ современного предприятия, М., Энергетик, №12, 2001.

18. Заблоцкий В. И. Труды совещания по металлургии цинка, Металлургиздат, 1955.

19. Информационный бюллетень международного союза металлургов № 009, 01 -31 март 2005 г.

20. Кини P. Л., Райфа X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения: Пер. с англ. /Под ред. И. Ф. Шахнова. М.: Радио и связь, 1981.-560 с.

21. Ковалев В. Г. Об оптимизации энергетических и финансовых потоков в регионе, Вопросы регулирования ТЭК, М., Регионы и Федерация, №3-4, 2000.

22. Кремер Н. Ш. И др. Исследование операций в экономике, -М.: ЮНИТИ, 1997.

23. Кротов В. Ф., Лагоша Б. А, Лобанов С. М., Данилина Н. И., Сергеев С. И. Основы теории оптимального управления. Под ред. В. Ф. Кротова. М.: Высшая школа. 1990 - 430 с.

24. Кумаритов А. М. Организация энергетического менеджмента для учета потребления электроэнергии. //Межвузовская научно-практическая конференция «Новые информационные технологии и их применение» -Владикавказ, 2001.

25. Кумаритов А. М. Исследование и разработка системы оптимального управления энергопотреблением промышленного предприятия. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -Владикавказ, 2002 г.

26. Кутовой Г. П. Ценообразование электроэнергетике и энергосбережение, М., Вестник ФЭК, №9-10, 1998.

27. Лейзерович Г. Я., Бабина И. В., Серебренникова Э. Я. Обжиг цинковых концентратов в кипящем слое, Металлургиздат,1959.

28. Майкл Мескон, Майкл Альберт, Франклин Хедоури Основы менеджмента, Дело, М., 1998.

29. Математика и кибернетика в экономике. Словарь справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Экономика», 1975.-700 с.

30. Математическая теория оптимальных процессов // Понтрягин JI.C., Болтянский В. Г., Гамкрелидзе Р. Г. и др., М.: Наука, 1969., 382 с.

31. Материалы Всероссийского отраслевого совещания «Энергсбережение: проблемы, решения» Ворнеж, 1999.

32. Материалы научной конференции "Энергетика и общество", -Москва, 1998.

33. Меерсон Г.А., Зеликман А.Н. Металлургия редких металлов, Металлургиздат, 1955.

34. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок (с изм. и доп.).- М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003.-192 с.

35. Миротин JI. Б., Ташбаев Ы. Э. Системный анализ в логистике: Учебник.- М.: Экзамен, 2002.

36. Михайлов С. А., Вакулко А. Г., Бобряков А. В. Информационно-аналитические системы, как стратегический резерв повышения энергоэффективности России, М., Энергосбережение, №2, 2001.

37. Москаленко И. В. Алгоритм формирования показателя энергетической устойчивости предприятия. Труды международной научно-практической конференции «Экономические и экологические проблемы регионов СНГ». Астрахань 2006.

38. Москаленко И. В. Методика определения энергетической устойчивости промышленного предприятия. Труды VII международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Энергия молодых - экономике России». - Томск, 2006.

39. Москаленко И. В., Кумаритов А. М., Хузмиева О. И. Оптимизация управления потреблением энергоресурсов на промышленном предприятии.-Изд-во «МАВР», Владикавказ, 2006 г.

40. Пагиев К. X., Кумаритов А. М. К вопросам об оптимальном управлении энергетическими потоками // Труды СКГТУ Владикавказ: Терек, 1999.

41. Парамонов Ф. И. Математические методы расчета многономенклатурных потоков. М.: Машиностроение, 1964., 264 с.

42. Перевозчиков А. О. Некоторые проблемы энергосбережения и позиции регулирующего органа, М., Вестник ФЭК, №7-8, 1998,

43. Повышение эффективности использования энергии в промышленности Дании /под редакцией А. М. Мастепанова и 10. М. Когана, Минтопэнерго, М.,1999.- 242 с.

44. Поспелов Г.Е., Сыч Н.М. Потери мощности и энергии в электрических сетях.- М.: Энергоатомиздат,1981.

45. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей,- Москва: ИКЦ «МарТ», Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2003.-272 с.

46. Правила устройства электроустановок. Седьмое издание.- СПб.: Издательство ДЕАН, 2002.- 176 с.

47. Процессы регулирования в моделях экономических систем: Сб. статей/Под ред. Я. 3. Цыпкина. М.: Изд-во иностр. лит., 1961. 292 с.

48. Рынок электрической энергии и мощности в России: каким ему быть /Под ред. В. И. Эдельмана. М.: Энергоиздат, 2000.

49. Смехов А. А. Введение в логистику. М.: Транспорт, 1993. - 112с.

50. Снуриков А.П. Гидрометаллургия цинка: Учебн. Пособие.-М.: Металлургия, 1981.-384с.

51. Справочник по электрическим сетям 0,4-35кВ. Т.З, ГУП Чехов, полигр.комб. 2004.-667 с.

52. Ст. Бир, Кибернетика и управление производством. -М.: Фитматгиз, 1963. 276 с.

53. Статические источники реактивной мощности в электрических сетях/ В.А. Веников, JT.A. Жуков, И.И. Карташов и др. М.: Энергия, 1975.

54. Стендер В.В., Печерская В.В.Цветные металлы, №4, 1950.

55. Терехов JT. JI. Кибернетика для экономистов. М.: Финансы и статистика, 1983.

56. Трояновский А.В. Экономия энергии при электролизе цинка и меди. М: Металлургиздат, 1954.

57. Учет энергоресурсов (4vww.solmo.ru).

58. Фёдоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М., Энергоиздат, 1984 г.

59. Хузмиев И. К., Арунянц Г. Г., Кумаритов А. М., Минимизация платежей за электроэнергию в производственных системах, М., Вестник ФЭК РФ, №7, 2001.

60. Хузмиев И. К., Каргинов К.Г., Сбережение ресурсов основа развития в 21 веке, J1., Экономика и управление, №2, 2000.

61. Хузмиев И. К., Основы регулирования естественных монополий в сфере энергетики и энергоменеджмент, т.1, М.: Энергетическая политика, МПА, 2000.

62. Черевко А.С., Цуканов В.Х. Справочник заводского экономиста.-Челябинск.-Юж.-Уральское книжное издательство.-1986.-144с.

63. Шеннон Р., Имитационное моделирование систем: искусство и наука, Мир, М., 1978.

64. Энгберг К., Франк X., Тарсенг С. Управляемые тиристорные реакторы и конденсаторы для оптимального регулирования реактивной мощности энергетических систем.-ACEA Journal, Sweden, 1979, №9.

65. Kambi. D. La Chimica et Industria, v.21, №5,1939.

66. Kelli.I. Electrochem. Soc. USA, 101, №5, 1954.

67. Ware.Cj. C. Trans. Elh Soc., v.96,1949.